高中生物竞赛课件：蛋白质的结构.pptx

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1、一级结构AA的排列顺序蛋白质的结构层次二级结构主链骨架的空间排布及走向三级结构所有原子空间排布情况四级结构寡聚蛋白的空间结构空间结构蛋白质的结构蛋白质的结构1 1、蛋白质的一级结构p蛋白质的一级结构是指组成蛋白质的氨基酸种类、数量和排列顺序，氨基酸通过肽键构成蛋白质分子p蛋白质的一级结构是蛋白质作用的特异性、空间结构的差异性和生物学功能多样性的基础肌红蛋白19531953年SangerSanger等测定了牛胰岛素的氨基酸顺序，这是生化领域中具有划时代意义的重大突破，因为它第一次展示了蛋白质具有确切的氨基酸顺序蛋白质的结构1 1、蛋白质的一级结构蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(一)维持蛋白质构

2、象的化学键p蛋白质一级结构的主要化学键是肽键，也有少量的二硫键，这些共价键因键能大、稳定性也较强，故蛋白质的一级结构一般不易受到破坏，如果受到破坏，蛋白质就会被”降解”p维持蛋白质构象的化学键主要是一些次级键，它们是蛋白质分子的主链和侧链上的极性、非极性和离子基团等相互作用而成的p一般来说，次级键的键能较小，因而稳定性较差。但由于次级键的数量众多，因此在维持蛋白质分子的空间构象中起着极为重要的作用。主要的次级键有氢键、疏水键、盐键、配位键和范德华力等蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(一)维持蛋白质构象的化学键蛋白质中存在的几种键的键能氢键(hydrogen bond)由连接在一个电负性大的原子

3、上的氢与另一个电负性大的原子相互作用而形成。氢键是次级键中键能弱，但数量最多，所以是最重要的次级键蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(一)维持蛋白质构象的化学键共价键氢键质子供体质子接纳体一般多肽链中主链骨架上羰基的氧原子与亚氨基的氢原子所生成的氢键是维持蛋白质二级结构的主要次级键，而侧链间或主链骨架间所生成的氢键则是维持蛋白质三、四级结构所需的疏水键(hydrophobic bond)：由两个非极性基团因避开水相而群集在一起的作用力。蛋白质分子中一些疏水基团因避开水相而互相黏附并藏于蛋白质分子内部，这种相互黏附形成的疏水键是维持蛋白质三、四级结构的主要次级键蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(一

4、)维持蛋白质构象的化学键盐键(salt bond):又叫离子键。它是蛋白质分子中带正电荷基团和负电荷基团之间静电吸引所形成的化学键蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(一)维持蛋白质构象的化学键电荷来源：pAA的侧链：正电荷(Lys、Arg和His)，负电荷(Asp和Glu)p蛋白质或多肽链的末端通常以离子状态存在，分别携带正、负电荷配位键(coordinate bond)：两个原子、由单方面提供共用电子对所形成的化学键。部分蛋白质含金属离子，如胰岛素(Zn)、细胞色素(Fe)等。蛋白质与金属离子结合中常含有配位键，并参与维持蛋白质的三、四级结构蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(一)维持蛋白质构象

5、的化学键范德华(Van derWaals)引力：原子、基团或分子间的一种弱的相互作用力。其在蛋白质内部非极性结构中较重要，在维持蛋白质分子的高级结构中也是一个重要的作用力蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(二)蛋白质的二级结构 蛋白质的二级结构是指多肽链的主链骨架中若干肽单位，各自沿一定的轴盘旋或折叠，并以氢键为主要的次级键而形成有规则的构象，如 螺旋、折叠、转角、凸起、无规卷曲等。蛋白质的二级结构一般不涉及氨基酸残基侧链的构象蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(二)蛋白质的二级结构螺 旋1951年Pauling分析X X射线数据发现毛发中存在螺旋蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(二)蛋白质的二级

6、结构螺 旋1951年Pauling分析X射线数据发现毛发中存在螺旋螺旋的各个肽平面围绕同一轴旋转，形成螺旋结构，主链原子特有的二面角(=-57=-57，=-47=-47)蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(二)蛋白质的二级结构螺 旋(1)右手螺旋，3.6个氨基酸旋转一周，螺距0.54nm，每个氨基酸残基的高度为0.15 nm，肽键平面与螺旋长轴平行 螺 旋 的 特 征L-AA组成的螺旋多为右手螺旋，D-AAD-AA组成的多为左手螺旋，同一螺旋中的AAAA须是同一种构型，D型和L型AA共聚物不能形成螺旋蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(二)蛋白质的二级结构螺 旋螺旋的特征(2)氢键是螺旋稳定的主要

7、次级键，相邻螺旋之间形成链内氢键，即一个肽单位的酰胺H与第4个肽单位的羰基O生成氢键。氢键封闭形成的环含13个原子，3.613-螺旋。螺旋靠氢键维持是相当稳定的。若破坏氢键，则螺旋构象即遭破坏蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(二)蛋白质的二级结构螺 旋螺旋的特征(3)螺旋的帽化：典型螺旋中，螺旋头4个酰胺H和后4个羰基O不参与螺旋中氢键的形成，螺旋的两端可与蛋白质其他部分的氢键配偶体相互作用，使其形成氢键的能力得到补偿(n个AA残基形成的螺旋含n-4个氢键)NH-C=O两个肽平面之间形成两个肽平面之间形成2个氢键个氢键平均平均1个肽平面个肽平面2个氢键个氢键头头4个酰胺个酰胺H对应前对应前3个

8、肽平面个肽平面后后4个羰基个羰基O对应后对应后3个肽平面个肽平面1.5个氢键个氢键1.5个氢键个氢键N个个AA形成形成N-1个肽平面，个肽平面，(N-1)-6个完整肽平面个完整肽平面,形成形成N-7个氢键，个氢键，6个个“半半”肽平面形成肽平面形成3个氢键，个氢键，一共一共N-7+3（N-4）“半半”太平面太平面蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(二)蛋白质的二级结构螺 旋(4)R基侧链分布在螺旋的外侧，其形状、大小及电荷等均影响螺旋的形成和稳定性。例如：a)连续存在酸性或碱性氨基酸，所带电荷同性相斥，阻止链内氢键形成趋势而不利于形成螺旋b)较大的氨基酸残基的R侧链(如Ile、Phe、Trp等)

9、集中的区域，空间阻碍的影响不利于形成螺旋螺旋的特征(c)脯氨酸或羟脯氨酸残基的存在则不能形成螺旋，因其N原子位于吡咯环中，C-N单键不能旋转，加之其亚氨基在形成肽键后，N原子上无氢原子，不能生成维持螺旋所需之氢键头发2 2股-螺旋卷曲形成的左手超螺旋(2nm)(2nm)2 2超螺旋卷曲形成初原纤维(4-5nm)(4-5nm)4 4股初原纤维形成原纤维 角蛋白头发头发2股股-螺旋卷曲形成的左手超螺旋（螺旋卷曲形成的左手超螺旋（2nm)2超螺旋卷曲形成初原纤维超螺旋卷曲形成初原纤维(4-5nm)4股初原纤维形成原纤维股初原纤维形成原纤维角蛋白角蛋白中间丝中间丝蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(二)

10、蛋白质的二级结构Pauling和Corey于1951年首先提出又称片层结构。折叠中多肽链的主链相对较伸展，多肽链的肽平面之间呈手风琴状折叠折 叠蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(二)蛋白质的二级结构折 叠（1）两条以上肽链(或同一条多肽链的不同部分)平行排列，相邻肽链之间的肽键相互交替形成许多氢键，是维持结构的主要次级键（2）-碳位于折叠线上，R基垂直于折叠平面，交替分布于平面的上下折叠的特征蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(二)蛋白质的二级结构折 叠（3）肽链平行的走向有顺式和反式两种，肽链的N端在同侧为顺式，两残基间距为0.65 nm；不在同侧为反式，两残基间距为0.70 nm。反式较顺式

11、平行折叠更加稳定折叠的特征0.7nm0.65nm蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(二)蛋白质的二级结构折 叠（3）肽链平行的走向有顺式和反式两种，肽链的N端在同侧为顺式，两残基间距为0.65nm；不在同侧为反式，两残基间距为0.70nm。反式较顺式平行折叠更加稳定折叠的特征（4）能形成折叠的氨基酸残基一般不大，而且不带同种电荷，这样有利于多肽链的伸展，如甘氨酸、丙氨酸在折叠中出现的几率最高蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(二)蛋白质的二级结构转 角伸展的肽链成180回折，即U型转折结构，这是由四个连续氨基酸残基构成，第1个氨基酸残基的羰基与第4个氨基酸残基的亚氨基之间形成氢键以维持其构象两种类

12、型影响因素：uGly缺少侧链，在转角中能很好地调整其他残基的空间阻碍uPro不能形成氢键，也容易出现在转角的中间部位蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(二)蛋白质的二级结构凸 起u反平行折叠中的一种不规则情况u折叠链中额外插入的一个残基u结果：引起多肽链方向的改变（程度不如转角）u没有一定规律的松散肽链结构，对一定的球蛋白而言,特定的区域有特定的卷曲方式u大多数既不是随意卷曲，也不是完全无规则u柔性大，有一定的任意性，但也有明确而稳定的结构u存在：酶的功能部位（铁氧还蛋白和红氧还蛋白中结合铁硫串的肽环）蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(二)蛋白质的二级结构无规卷曲u超二级结构：若干相邻的二级结构

13、中的构象单元彼此相互作用，形成有规则的，在空间上能辨认的二级结构组合体蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(三)超二级结构和结构域u常见：、。它们可直接作为三级结构的“建筑块”或结构域的组成单位，是介于二级结构和结构域间的一个构象层次。超二级结构的形成，主要是组成它们的氨基酸残基侧链基团相互作用的结果蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(三)超二级结构和结构域：一种螺旋束，常由两股平行或反平行排列的右手螺旋段互相缠绕而成的左手超螺旋：一条多肽链的若干段折叠股反平行组合而成，两个股之间通过一个短环连接起来发夹结构曲折希腊钥匙拓扑结构蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(三)超二级结构和结构域：由两段平行折叠

14、股和一段作为连接链的螺旋组成Rossman折叠蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(三)超二级结构和结构域结构域是位于超二级结构和三级结构间的一个层次。结构域是在蛋白质的三级结构内的独立折叠单元，其通常都是几个超二级结构单元的组合。在较大的蛋白质分子中，由于多肽链上相邻的超二级结构紧密联系，进一步折叠形成一个或多个相对独立的致密的三维实体，即结构域CD4胞外域如免疫球蛋白(IgC)由12个结构域组成，其中两个轻链上各有2个，两个重链上各有4个结构域形成的意义：1.动力学上：一条长的多肽链先分别折叠成几个相对独立的区城，再缔合成三级结构比整条多肽链直接折叠成三级结构在动力学上更合理2.功能角度：蛋白

15、质（酶）活性部位往往位于结构域之间的部分，结构域之间的铰链区柔性大，使结构域容易发生相对运动，有利于活性部位结合底物和对底物施加应力，有利于别构中心结合调节物和发生别构效应蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(二)超二级结构和结构域酵母己糖激酶的功能域由两个结构域构成，并处于它们之间的交界处蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(三)超二级结构和结构域结构域分类：1.反平行螺旋结构域（全结构域）2.反平行折叠结构域（全结构域）3.混合型折叠结构域（，结构域）/+4.富含金属或二硫键结构域（不规则小蛋白结构域）细胞色素C，胰岛素蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(三)超二级结构和结构域血清白蛋白细菌铁蛋白全

16、全/+泛素连接酶绿色荧光蛋白（GFP）RNase A细胞色素C富含金属或二硫键结构域结构域与三级结构的关系蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(三)超二级结构和结构域p对于较小的蛋白质分子或亚基，其三级结构就是结构域(RNase，玉红氧还蛋白)p对于由两个或两个以上相对独立的三维实体缔合而成的三级结构，三维实体是结构域，所以，结构域是球状蛋白质的折叠单位RNase A蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(四)蛋白质的三级结构 球状蛋白质的多肽链在二级结构、超二级结构和结构域等结构层次的基础上，组装而成的完整的结构单元，是主链和侧链在内的所有原子在三维空间内的分布情况维持蛋白质三级结构的主要作用力为侧链

17、间的相互作用:氢键、离子键、疏水作用、二硫键、范德华力蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(四)蛋白质的三级结构p明显的折叠层次球状蛋白质的特征蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(四)蛋白质的三级结构p多数以螺旋和折叠构成分子的核心，含多种二级结构元件p疏水侧链内部(疏水核心)，亲水侧链表面球状蛋白质的特征蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(四)蛋白质的三级结构球状蛋白质的特征表面有一个空穴，通常为疏水区域，是底物结合、效应物等配体结合，行使生物功能的活性部位蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(四)蛋白质的三级结构球状蛋白质的特征鲸肌红蛋白：Kendrew，X射线衍射图谱p一条肽链，153个AA残基+血

18、红素辅基p单结构域，致密外圆中空不对称结构p8段长度724个AA残基的螺旋(A-H)，由18个AA残基的松散肽链连接，血红素垂直地伸出在分子表面，通过肽链上的His残基与肌红蛋白分子相连蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(四)蛋白质的三级结构蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(五)蛋白质的四级结构许多有生物活性的蛋白质由两条或多条肽链构成，肽链与肽链之间并不是通过共价键相连，而是由非共价键维系。每条肽链都有自己的一、二和三级结构。这种蛋白质的每条肽链被称为一个亚基(subunit)。由两个或两个以上的亚基之间相互作用，彼此以非共价键相连而形成更复杂的构象，称为蛋白质的四级结构。蛋白质的结构2、蛋白

19、质的空间结构(五)蛋白质的四级结构许多有生物活性的蛋白质由两条或多条肽链构成，肽链与肽链之间并不是通过共价键相连，而是由非共价键维系。每条肽链都有自己的一、二和三级结构。这种蛋白质的每条肽链被称为一个亚基(subunit)。由两个或两个以上的亚基之间相互作用，彼此以非共价键相连而形成更复杂的构象，称为蛋白质的四级结构。亚基 又称亚单位(subunit)，有人称为原聚体或单体。亚基一般由一条多肽链组成，也有由两条或更多的多肽链组成。亚基本身各具有一、二、三级结构（同一个三级结构单位中的不同肽链不能称为亚基）。蛋白质分子中亚基结构可以相同，也可不同。一般亚基多无活性，当它们构成具有完整四级结构的蛋

20、白质时，才表现出生物学活性。仅由一个亚基组成并因此无四级结构的蛋白质核糖核酸酶肌红蛋白胰岛素单体蛋白质蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(五)蛋白质的四级结构许多有生物活性的蛋白质由两条或多条肽链构成，肽链与肽链之间并不是通过共价键相连，而是由非共价键维系。每条肽链都有自己的一、二和三级结构。这种蛋白质的每条肽链被称为一个亚基(subunit)。由两个或两个以上的亚基之间相互作用，彼此以非共价键相连而形成更复杂的构象，称为蛋白质的四级结构。维持四级结构作用力：氢键、离子键、疏水作用、范德华力 由2-10个亚基组成具有四级结构的蛋白质称为寡聚体(oligomer)，更多亚基数目构成的蛋白质则称为多

21、聚体(polymer)。单一类型的亚基组成同多聚蛋白质，不同类型的亚基组成杂多聚蛋白质，不同亚基通常以，等命名：22（血红蛋白）蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(五)蛋白质的四级结构血红蛋白（22）p亚基：22，链(141 AA)，链(146 AA)p、链的一级结构差别较大，三级结构大致相同p4条链各自折叠卷曲形成三级结构，通过疏水作用、盐键和氢键相互结合，形成四聚体p每个亚基含有一个血红素辅基蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(五)蛋白质的四级结构珠蛋白家族珠蛋白家族MbHbHb蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(五)蛋白质的四级结构蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(五)蛋白质的四级结构RNA聚

22、合酶的核心酶，由至少10个亚基组成蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(五)蛋白质的四级结构蛋白降解体-专门降解细胞内蛋白质的复合物至少包含2份32拷贝的亚基增强结构稳定性（表面积与体积之比（比表面积）降低）提高遗传经济性和效率p编码一个装配成同多聚蛋白质的单体所需的DNA编码一条相对分子质量相同的大多肽链所需的DNAp单一亚基的替换比整个蛋白的替换更容易四级缔合在结构和功能上的优越性鼻病毒蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(五)蛋白质的四级结构使催化基团汇集在一起 部分酶的催化能力来自单体亚基的寡聚缔合，寡聚体的形成可使不同单体亚基的催化基团汇集在一起形成完整的催化部位，还可在不同亚基上催化不同的但有关的反应具有协同性和别构效应 别构效应：多亚基蛋白质的多个结合部位中，结合在特定部位上的配体对其他部位所产生的影响（亲和力、催化能力）四级缔合在结构和功能上的优越性蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(五)蛋白质的四级结构四级缔合在结构和功能上的优越性蛋白质的结构2、蛋白质的空间结构(五)蛋白质的四级结构氧结合引起的血红蛋白构象变化